G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES

G01S5/00—Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations

G01S5/02—Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations using radio waves

G—PHYSICS

G01—MEASURING; TESTING

G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES

G01S5/00—Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations

G01S5/02—Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations using radio waves

G01S5/0252—Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations using radio waves by comparing measured values with pre-stored measured or simulated values

Description

Translated from Finnish

111901 111901

Sijainnin arviointi langattomissa tietoliikenneverkoissa The location of the evaluation of wireless communication networks

Keksinnön tausta background of the invention

Keksintö liittyy menetelmiin ja laitteistoihin vastaanottimen sijainnin arvioimiseksi langattomassa tietoliikenneympäristössä, toisin sanoen yhdessä 5 tai useammassa verkossa, jotka voivat olla radio-, mikroaalto- tai optisia verkkoja. The invention relates to methods and apparatus for evaluating the location of a receiver in a wireless communication environment, in other words, along with 5 or more networks which may be radio, microwave or optical networks.Nämä yksi tai useampi verkko liikennöivät usealla kanavalla samanaikaisesti. The one or more networks operating on multiple channels at the same time.Tällaista sijainninarviointia voidaan käyttää tuottamaan suuri joukko paikkariippuvia palveluja. Such a location estimation can be used to produce a large number of location-dependent services.

US-patentti 6112095, keksijänä Mäti Wax et ai., esittää menetel-10 män, jolla tuotetaan joukko todennäköisiä lähettimen sijainteja solukkoverkossa kuten AMPS tai CDMA. US-A-6112095, the inventor of wax Roe, et al., Discloses a meth-10 system, which produced a set of likely locations of a transmitter in a cellular network such as AMPS or CDMA.Wax-patentissa kuvatun tekniikan ongelmana on, että se vaatii verkon puolella ylimääräistä laitteistoa, kuten antennimatriisin joka on sovitettu mittaamaan kulmasuuntima suhteessa tukiasemaan. Wax technology described in Patent problem is that it requires additional hardware at the network side, such as an antenna array which is arranged to measure the kulmasuuntima relative to the base.Toisin sanoen matkaviestimen sijainnin määrittämiseksi on oltava käsillä tietoa ver-15 kon infrastruktuurista, ja matkaviestimen on lähetettävä jotain, jotta sen sijainti voitaisiin arvioida. In other words, to determine the location of the mobile device must have on hand information about ver-15 kon infrastructure, and the mobile station must send something, in order to evaluate its location.

Keksinnön lyhyt selostus BRIEF DESCRIPTION OF THE INVENTION

Keksinnön tavoitteena on yllä mainittujen ongelmien ratkaiseminen. The aim of the invention is to solve the above mentioned problems.Toisin sanoen keksinnön mukaisen mekanismin tulisi kyetä arvioimaan vas-·· 20 taanottimen sijainti langattomassa tietoliikenneympäristössä jopa ilman aiem- *. In other words, the mechanism according to the invention should be able to evaluate the response receiver 20 ·· location in the wireless telecommunication environment even without a previous *.paa tietoa verkon infrastruktuurista (kuten tukiasemien sijainnit). PAA information on the network infrastructure (such as the base stations locations).

, Tämä tavoite saavutetaan menetelmällä ja järjestelmällä, joille on tunnusomaista se, mitä sanotaan itsenäisissä patenttivaatimuksissa. , This object is achieved by a method and a system which are characterized by what is stated in the independent claims.Keksin-nön edulliset suoritusmuodot ovat epäitsenäisten patenttivaatimusten kohtee-25 na. Biscuit-non Preferred embodiments are disclosed in the dependent claims kohtee-25 Na.

35 Ilmeisestikin täytyy olla suuri joukko paikkoja, joissa kentänvoimakkuus on lä- 111901 2 hes identtinen, ja olisi odotettavissa, että tarvitaan valtavia tietokantoja. Obviously 35 must have a large number of places where the field strength is 2 111 901 transmit nearly identical, and it would be expected that huge databases.Ilmasto-olosuhteet, kaupunkimaisemat ja verkkokonfiguraatiot muuttuvat jatkuvasti. Climatic conditions, cityscapes and network configurations are constantly changing.Ensi näkemältä näyttäisi, että tietokannat heikkenisivät nopeasti, ellei niitä päivitetä jatkuvasti. At first sight it would seem that the databases deteriorate rapidly, unless they are updated constantly.Kuitenkin tietokonesimulaatiot osoittavat, että tekniikka, joka 5 perustuu mittauksiin usealla kanavalla (taajuudella) on yllättävän luotettava. However, computer simulations show that a technique which is based on five measurements of a plurality of channels (frequencies) is surprisingly reliable.Lisäksi kalibrointitietoja voidaan kerätä automaattisesti erilaisissa olosuhteissa. In addition, the calibration data may be automatically collected in different conditions.

Keksinnön eräs näkökohta on menetelmä vastaanottimen sijainnin arvioimiseksi langattomassa tietoliikenneympäristössä, johon kuuluu useita kanavia samanaikaista liikennöintiä varten, kun kullakin kanavalla on ainakin 10 yksi signaaliparametri, joka vaihtelee sijainnista riippuen eri tavalla kuin muilla kanavilla. Another aspect of the invention is a method for estimating the location of a receiver in a wireless communication environment comprising several channels for simultaneous communication, each channel 10 has at least one signal parameter that varies depending on the different channels than other locations.Menetelmä voidaan toteuttaa seuraavilla vaiheilla: 1) kullekin useasta kalibrointipisteestä langattomassa tietoliikenneympäristössä määritetään joukko kalibrointimittauksia, joista kuhunkin kalib-rointimittausten joukkoon kuuluu kyseisen kalibrointipisteen sijainti ja ainakin 15 yksi mitattu signaaliparametri kullekin useasta kanavasta kyseisessä kalibroin-tipisteessä; The process may be carried out by the following steps: 1) for each of the plurality of calibration points in the wireless telecommunication environment, determining a set of calibration measurements, each calibrated-rointimittausten set including the location of the calibration point 15, and at least one measured signal parameter for each of several channels at that calibration-test point;2) kalibrointimittausten perusteella ylläpidetään tilastollista mallia usean kanavan signaaliparametreista vastaanottimen sijainnin funktiona langattomassa tietoliikenneympäristössä; 2) On the basis of calibration data is maintained in the statistical model of the signal parameters as a function of the location of a receiver in a wireless communication environment;20 3) mitataan ainakin yksi signaaliparametri kullekin useasta kanavas ta vastaanottimen sijainnin kohdalla; March 20) measuring at least one signal parameter for each of several kanavas to the receiver location;ja 4) arvioidaan vastaanottimen sijainti tilastollisen mallin ja usealta kanavalta mitattujen signaaliparametrien perusteella. and 4) the estimated location of the receiver on the basis of the statistical model and the measured signal parameters from multiple channels.

Termi ''kanava” tulisi tulkita laajasti tarkoittamaan likipitäen samaa 10 kuin taajuus tai taajuuskaista. The term 'channel' should be interpreted broadly to mean approximately the same as the 10 frequency or frequency band.Vastaanottimen ei tarvitse liikennöidä kanavalla, kunhan vastaanotin (tai siihen liitetty mittalaite) voi mitata ainakin yhden sig-naaliparametrin kyseiseltä kanavalta. The receiver does not need to operate the channel, as long as the receiver (or an attached measuring device) can measure at least one of the SIG naaliparametrin for that channel.TDMA-järjestelmissä kullakin taajuudella on useita aikavälejä, joista kukin kuljettaa yhden kanavan. TDMA systems, each frequency has several timeslots, each of which carries one channel.Keksinnön kannalta kaikki samalla taajuudella olevat kanavat antavat identtiset tiedot, ja mitä ta-15 hansa niistä voidaan käyttää "kanavana”. Jos mitattu signaaliparametri on sig-naalinvoimakkuus, vastaanottimen ei edes tarvitse kyetä tulkitsemaan kanavan sisältöä. For the invention, all of the channels at the same frequency give identical information, and what to 15 Hansa of them can be used as "channel". If the measured signal parameter is sig-naalinvoimakkuus, the receiver does not even have to be able to interpret the contents of the channel.

5 Sijainti voidaan arvioida vastaanottimen tai verkon puolella. 5 Location for evaluating the receiver or the network side.Jos si jainti arvioidaan vastaanottimen puolella, vastaanottimella (tai siihen liitetyllä tietokoneella) on oltava pääsy tilastolliseen malliin. If si jainti estimated on the receiver side, the receiver (or a computer linked to it) must have access to the statistical model.Nykytekniikalla käyttökelpoinen malli voidaan pakata kokoon, joka on hallittavissa salkku- tai kämmen-tietokoneessa. With current technology, a useful model can be compressed to a size that is manageable laptop or palmtop computer.Malli voidaan päivittää esimerkiksi, kun tietokone on kytkeyty-10 neenä Internetiin. The model can be updated, for example, when the computer is switched-10 Neena Internet.Vaihtoehtoisesti malli voidaan toimittaa irrotettavissa olevalla muistilla, kuten CD-ROM- tai DVD-ROM. Alternatively, the model can be delivered to a removable memory, such as a CD-ROM or DVD-ROM.Tulevaisuudessa jopa matkapuhelimessa on riittävästi muistia tilastollisen mallin säilyttämiseksi. In the future, even from a mobile phone has enough memory to preserve the statistical model.Malli voidaan päivittää esimerkiksi datapuhelun avulla nopealla yhteydellä. The model can be updated, for example, a data call using a fast connection.Jos vastaanotin-puoli säilyttää kopion tilastollisesta mallista, se ei tarvitse lainkaan lähetysky-15 kyä, ja todellinen vastaanotin voi olla yleislähetysvastaanotin, hakulaite tai de-dikoitu salkkutietokoneen lisäkortti, joka muistuttaa nykyisiä salkkutietokonei-den GSM-lisäkortteja. If the receiver side to retain a copy of the statistical model, it does not need any lähetysky-15 capability, and the actual receiver can be a broadcast receiver, a pager or de-dikoitu laptop computer option that is similar to existing salkkutietokonei the GSM-cards.

Vaihtoehtoisesti vastaanotin voi olla osana lähetinvastaanotinta, kuten matkapuhelinta. Alternatively, the receiver may be part of a transceiver such as a cellular phone.Tässä tapauksessa lähetinvastaanotin voi lähettää mitta-20 ustulokset verkolle, joka välittää tulokset sijaintipalvelimelle. In this case, the transceiver may send the measuring results imparting to the network 20, which forwards the results to a location server.Lähetinvastaanot-timen tyypistä riippuen mittaustulokset voidaan lähettää esimerkiksi lyhytsa-nomana, datapuhelun tai WAP-yhteyden kautta. Depending on the type of Lähetinvastaanot-signal measurement results can be sent, for example Shorts-nomana, a data call or a WAP connection.Sijaintipalvelin voi lähettää lähetinvastaanottimelle tämän sijainninarvion samanlaisen yhteyden kautta. The location server can send the transceiver, using the position estimate of the same type of connection.

Keksinnön erään edullisen suoritusmuodon mukaisesti signaalipa-. According to a preferred embodiment of the invention, signaalipa-.·. ·.rametrimittaukset (kalibrointitiedot ja/tai vastaanottimen nykyiset mittaukset) kvantisoidaan suhteellisen pieneksi määräksi luokkia, kuten 2-5 luokaksi. rametrimittaukset (calibration data and / or the receiver's current observations) are quantized to a relatively small number of classes, such as 2-5 class.Toi-;V> sin sanoen mittausten granulariteettia kasvatetaan. Secondly, the V> other words, the granularity of the measurements is increased.Ensi näkemältä tällainen 30 granulariteetin kasvattaminen näyttää kadottavan informaatiota. At first sight, such granularity increase 30 looks damning information.Oletetaan esimerkiksi, että tietyn kanavan signaalinvoimakkuus tietyssä sijainnissa on 34 yksikköä asteikolla 0-100 (käytetyllä yksiköllä ei ole merkitystä). For example, assume that a given channel signal strength at a particular location is 34 units on a scale of 0-100 (used in the unit does not matter).Sen sijaan, että tallennettaisiin tulos 34 yksikköä, tallennetaan vain tieto, että mittaus oli välillä 25 - 50, toisin sanoen arvo 1 asteikolla 0-3. Instead of recording the result of 34 units, is stored in only the information that the measurement was between 25-50, in other words, the value of 1 on a scale of 0-3.Näyttäisi siltä että arvo 34 . It would appear that the value of 34.35 asteikolla 0-100 voi paremmin arvioida signaalinvoimakkuuden tämän sijain- '· : nin läheisyydessä kuin arvo 1 asteikolla 0-3. 35 on a scale of 0-100 can better evaluate the signal strength The location of this' ·: in the vicinity of Nin than the value of 1 on a scale of 0-3.Kuitenkin monessa tapauksessa 111901 6 lisätty granulariteetti parantaa sijainnin tarkkuutta. However, in many cases 111 901 6 placed on the granularity to improve location accuracy.Yksi syy tähän on, että suuren erottelukyvyn asteikolla on useita arvoja, jotka esiintyvät suhteellisen harvoin, kun taas pienen erottelukyvyn asteikolla kaikki mahdolliset arvot esiintyvät suhteellisen usein. One reason for this is that a high-resolution scale has a number of values ​​that occur relatively infrequently, while the low-resolution scale of all possible values ​​occur relatively frequently.

5 Keksinnön eräs etu on, että aiempi tieto verkon infrastruktuurista ei ole välttämätön (vaikka se voi olla hyödyksi). 5 is an advantage of the invention is that the previous data network infrastructure is not necessary (although it may be useful).Tämä tarkoittaa, että keksinnön mukainen sijaintipalvelu ei ole sidoksissa verkko-operaattoreihin. This means that a location service according to the invention is not tied to network operators.Vaikka verkko-operaattori ylläpitäisikin keksinnön mukaista sijaintipalvelua, tämä operaattori voi hyödyntää havaintoja muiden operaattorien verkoista ilman aiempaa 10 tietoa niiden infrastruktuurista. Although the location of the service network operator ylläpitäisikin invention, that operator can exploit observations of other mobile networks without prior information on their infrastructure 10.

Kuvioiden lyhyt selostus BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

Keksintöä selostetaan nyt lähemmin edullisten suoritusmuotojen yhteydessä, viitaten oheisiin piirroksiin, joista: The invention will now be described in greater detail in connection with preferred embodiments with reference to the accompanying drawings, in which:

Syy siihen, että keksintö käytännössä toimii, perustuu siihen, että 10 kanavien lukumäärän kasvaessa niiden pisteiden lukumäärä, joissa kanavat käyttäytyvät yllä kuvatulla tavalla, pienenee nopeasti, ja samalla pienenee todennäköisyys sille, että kahta mielivaltaista pistettä ei voitaisi erottaa toisistaan mitattujen parametrien perusteella. The reason why the invention works in practice, is based on the fact that as the number of 10 channels, the number of points where the channels behave as described above decreases rapidly, and at the same time reduces the probability that two arbitrary points could not be distinguished from each other on the basis of the measured parameters.

5 Tulisi huomata, että termiä ''opetusdataa” käytetään usein tällaisten tilastollisten mallien yhteydessä. 5 It should be noted that the term 'training data' is often used in the context of such statistical models.Tämän keksinnön yhteydessä käytetään mieluummin termiä ”kalibrointimittaukset/-tiedot”, koska "opetus” voi sisältää sen ajatuksen, että malli on valmis alustavan opetuksen jälkeen, kun taas "kalibrointi” välittää paremmin sen ajatuksen, että mallia on ehkä päivitettävä sään-10 nöllisesti olosuhteiden muuttuessa. In the context of the present invention is preferably used the term "calibration / data", as the "instruction" may include the idea that the model is ready after the initial training, whereas 'calibration' better conveys the idea that the model may be updated on a regular basis conditions-10 changes.

3. Datan minimisanomapituus, kun mallirakenne M ja MML-kriteerin approk-simaatiot on annettu; 3. The minimum message length of the data, when the model structure M, and the MML criterion approk-simaatiot is issued;tätä tarkastellaan lähteessä [Wallace and Dowe 1999] ja siinä viitatuissa. this will be discussed in [Wallace and Dowe 1999] and the references therein.

Jos F:n mallirakenteiden M määrä on liian suuri painotetun summan i · 30 laskemiseksi kohtuullisessa ajassa, malliperhettä F on rajoitettava : kohdistamalla siihen haku ja karsimalla F koostumaan vain niistä • I » maarakenteista, jotka ovat parhaita jonkin kustannusfunktion suhteen. If F: The number of model structures M is too large a sum of the weighted i · 30 for calculating the reasonable period of time, the model family F is limited: by being exposed to search and pruning F to consist of only those • I »earthworks, which are among the best in terms of a cost function.

Jos havainnot V mallinnetaan diskreetteinä muuttujina, diskreettien muuttujien granulariteetti voidaan nähdä mallirakenteen M osana. If the observations V are modeled as discrete variables, discrete variables granularity can be seen as part of a model structure M.Granulari-5 teetti voi olla joko käyttäjän kiinnittämä (edustaa ennakkotietoja) tai mallirakenteen M osana se voidaan oppia kalibrointitiedoista. Granular-5 parity can be either affixed to the user (representing prior information), or as part of the model structure M, it can be learned from the calibration data.

3. Jos sijaintimuuttujaa X pidetään diskreetteinä, valitsemalla diskretisoinnin granulariteetti. 3. If the location variable X is considered as discrete, by choosing the granularity of the discretization.

Sijainnin tulkinta ja raportointi \ " Probabilistisen sijainninarvioinnin tulokset voidaan raportoida useal- *· " la eri tavalla. The interpretation and reporting the location of the \ "The results of the probabilistic assessment of the location can be reported among several * ·" various ways.Ensiksikin toiminta-alue voidaan jakaa useaksi alialueeksi eri ta- 35 voin: alialueet voivat joko muodostaa toiminta-alueen täyden osituksen tai ne 111901 14 voivat kattaa vain osan toiminta-alueesta. First, the operation may be divided into a plurality of subregions 35 in various ways butter subregions can either form a full partitioning of the operating range of 111 901 or 14 may only cover a part of the operating range.Esimerkki viime mainitusta tapauksesta on, että otetaan huomioon vain sijainnit, jotka on listattu kalibrointitie-doissa D (halutulla tarkkuudella). An example of the last-mentioned case, taking into account only the locations listed kalibrointitie-forms of D (with a desired accuracy).Probabilistisen sijainninarvioinnin tulokset voidaan nyt raportoida joko: The results of the probabilistic location of the evaluation report can now either:

10 Esimerkki vaihtoehdosta 3 on keskimääräinen neliövirhe (mean squared error), missä tapauksessa paikka-arvio on alialueiden keskipisteiden painotettu keskiarvo (olettaen, että alialueet ovat saman kokoisia) ja painot ovat todennäköisyyksiä P(X | V, F). Example 10 alternative 3 is the mean square error (mean squared error), in which case the position estimate is a weighted average of the centers of the subareas (assuming that the subregions are of the same size), and the weights are the probabilities P (X | V, F).Jos alialueet eivät ole saman kokoisia, painot voidaan skaalata uudelleen vastaavan alialueen koon suhteessa, esi-15 merkiksi kertolaskulla. If the sub-regions are not of equal size, the weights can be re-scaled sub-area corresponding to the size ratio of the pre-15 indicate multiplication.

Epävarmuutta vastaanottimen sijainnista voidaan vähentää ennakkotiedoilla Pl, mikäli niitä on käytettävissä ja/tai havaintohistorialla OH. The uncertainty of the receiver position can be reduced by prior information PI, if available, and / or the observation history OH.Oletetaan, että aluksi valittiin yllä esitetty vaihtoehto 1. Toisin sanoen vastaanottimen sijaintia pyytävällä käyttäjälle tai sovellukselle raportoidaan täysi todennä-20 köisyysjakauma. It is assumed that the first option was selected in the above 1. In other words, the position of the receiver requesting reported to the user or application prob full distributions hy-20.Todennäköisyysjakauma voi osoittaa useita mahdollisia si-jainteja. The probability distribution may indicate a number of potential SI jainteja.Ennakkotiedot Pl, mikäli niitä on käytettävissä, voivat osoittaa, että vain yksi sijainti on mahdollinen, ottaen huomioon vastaanotetut solutunnisteet tai vastaavat. The preliminary Pl, if available, may indicate that only one location is possible, taking into account the received cell identifiers or the like.Vaihtoehtoisesti havaintohistoriaa OH voidaan käyttää sulke-maan pois joitakin sijainteja. Alternatively, the observation history OH can be used as the closure-off some of the locations.Esimerkiksi, vaikka joukko sijainteja voisi selittää . For example, although a number of locations could explain.·. ·.25 vastaanottimen nykyisen sijainnin, vain sijaintien alijoukko voi selittää koko * · . 25 receiver's current location, only a subset of the locations can explain the whole * ·.havaintohistorian, ottaen huomioon matkaviestimen rajallisen nopeuden. the history of observations, taking into account the limited speed of the mobile station.

Tässä esimerkissä havaintohistoria OH otetaan huomioon käsittelemällä kahdeksan (muutkin lukumäärät ovat yhtä mahdollisia) viimeistä sig-15 naalinmittausta yhtenä mittausvektorina V siten, että kahdeksan erillistä mittausta oletetaan toisistaan riippumattomiksi. In this example, the observation history OH is taken into account by treating the eight (other numbers are equally possible) last sig-15 naalinmittausta one of the measurements of the V so that the eight individual measurements are assumed to be independent of each other.Tulos annetaan pisteenä, joka lasketaan alialueiden keskipisteiden painotettuna keskiarvona, missä alueen X paino on P(X | V, D, M). The result is given point, calculated on a weighted average of the centers of the sub-regions, wherein the weight range of the X is P (X | V, D, M).

7. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että tilastollisen mallin (SM) signaaliparametrit ovat toisistaan riippumattomia, kun sijainti (X) tunnetaan. 7. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the statistical model (SM), the signal parameters are independent of each other, when the location (X) are known.

8. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, 5 tunnettu siitä, että vastaanottimen sijaintia koskevaa epävarmuutta vähennetään havaittujen signaaliparametrien historian (OH) perusteella. 8. A method according to any one of the preceding claims, 5 characterized in that the uncertainty concerning the position of the receiver is reduced in the history of observed signal parameters (OH) basis.

10. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että sijaintia (X) mallinnetaan diskreettinä muuttujana. 10. A method according to any one of the preceding claims, characterized in that the location (X) is modeled as a discrete variable.

Method, configuration and computer program comprising program code means and computer program product for determining a selected position of a mobile communications device within a communications network

Method and system for selecting and providing a relevant subset of Wi-Fi location information to a mobile client device so the client device may estimate its position with efficient utilization of resources

Method and system for selecting and providing a relevant subset of Wi-Fi location information to a mobile client device so the client device may estimate its position with efficient utilization of resources